JP5618706B2 - Stacked battery - Google Patents
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Description
本発明は、第1の電極と第2の電極とが積層された積層型電池に関する。 The present invention relates to a stacked battery in which a first electrode and a second electrode are stacked.
従来より、第1の電極と第2の電極とが積層された積層型電池が知られている。このような積層型電池では、例えば特許文献1に開示されるように、正極極板と負極極板とが交互に積層されているとともに、該正極極板及び負極極板からそれぞれ突出する集電タブによって電池外部と接続されている。また、前記特許文献1に開示されるように、上述のような積層型電池では、正極極板と負極極板との間にセパレータと呼ばれる絶縁材が配置されていて、該正極極板と負極極板との間の短絡の発生を防止するように構成されている。
Conventionally, a stacked battery in which a first electrode and a second electrode are stacked is known. In such a stacked battery, for example, as disclosed in
ところで、上述のように、複数の電極が積層された積層型電池の場合には、落下等の衝撃が加わると、電極の重さの影響を受けて集電タブ(接続部)に大きな力が加わるため、接続部で破断する可能性が高い。該接続部が破断すると、その破断部分がもう一方の電極に接触して短絡を生じる可能性がある。 By the way, in the case of a stacked battery in which a plurality of electrodes are stacked as described above, when an impact such as dropping is applied, a large force is exerted on the current collecting tab (connecting portion) due to the influence of the weight of the electrodes. Therefore, there is a high possibility of breakage at the connecting portion. When the connecting portion breaks, the broken portion may come into contact with the other electrode to cause a short circuit.
そのため、積層型電池において、衝撃が加わって電極の接続部が破断した場合でも、該接続部の破断部分で短絡が発生するのを防止できる構成を得ることにある。 For this reason, in the stacked battery, even when an impact is applied and the connection portion of the electrode is broken, it is possible to obtain a configuration that can prevent a short circuit from occurring at the broken portion of the connection portion.
本発明の一実施形態にかかる積層型電池は、平板状の第1の電極と、該第1の電極とは極性が異なる平板状の第2の電極とを備え、前記第1及び第2の電極は、それぞれ、本体部と、平面視で該本体部から外方へ延びる接続部とを有し、該接続部が異なる方向に延びるように前記第1及び第2の電極の本体部同士が厚み方向に積層されていて、前記第1の電極の接続部は、固定部材に固定されており、前記第1の電極の接続部には、前記第1及び第2の電極板を重ね合わせた状態で、平面視で該第2の電極の本体部外方の位置に、該第1及び第2の電極に衝撃が加わった際に破断する破断部が設けられている(第1の構成)。 A stacked battery according to an embodiment of the present invention includes a flat plate-like first electrode and a flat plate-like second electrode having a polarity different from that of the first electrode, and the first and second electrodes are provided. Each of the electrodes has a main body portion and a connection portion extending outward from the main body portion in plan view, and the main body portions of the first and second electrodes are arranged so that the connection portions extend in different directions. Laminated in the thickness direction, the connection portion of the first electrode is fixed to a fixing member, and the connection portion of the first electrode is overlapped with the first and second electrode plates. In a state, a fracture portion that is broken when an impact is applied to the first and second electrodes is provided at a position outside the main body portion of the second electrode in plan view (first configuration). .
以上の構成により、第1及び第2の電極に対して衝撃が加わって、該第1の電極の接続部が破断部で破断した場合でも、破断した部分が第2の電極に接触して短絡を生じるのを防止できる。すなわち、前記第1の電極は、その接続部の破断部が平面視で前記第2の電極よりも外方に位置するように設けられているため、接続部が該破断部で破断されても、その破断部分が第2の電極に接触するのを防止できる。 With the above configuration, even when an impact is applied to the first and second electrodes and the connecting portion of the first electrode is broken at the broken portion, the broken portion contacts the second electrode and is short-circuited. Can be prevented. In other words, the first electrode is provided so that the fracture portion of the connection portion is positioned outward from the second electrode in a plan view, so that even if the connection portion is broken at the fracture portion, The broken portion can be prevented from coming into contact with the second electrode.
前記第1の構成において、前記破断部は、前記第1の電極の接続部における本体部との接続部分のうち、最も幅の狭い部分であるのが好ましい(第2の構成)。これにより、第1の電極の接続部における本体部との接続部分において、破断部の断面が最も小さくなるため、衝撃が加わった場合に、該接続部分を破断部で破断させることができる。 In the first configuration, the fracture portion is preferably the narrowest portion of the connection portion with the main body portion in the connection portion of the first electrode (second configuration). Thereby, since the cross section of a fracture | rupture part becomes the smallest in the connection part with the main-body part in the connection part of a 1st electrode, when an impact is added, this connection part can be fractured | ruptured by a fracture | rupture part.
前記第2の構成において、前記接続部分には、前記本体部から前記破断部に向かって徐々に幅が狭くなるようにR部が形成されているのが好ましい(第3の構成)。これにより、接続部の本体部との接続部分において、応力集中によって破断部以外の部分に大きな応力が発生して破断するのを防止できる。 In the second configuration, it is preferable that an R portion is formed in the connection portion so that the width gradually decreases from the main body portion toward the fracture portion (third configuration). Thereby, in a connection part with a main-body part of a connection part, it can prevent that a big stress generate | occur | produces in parts other than a fracture | rupture part by a stress concentration, and fractures.
前記第1の構成において、前記破断部は、前記第1の電極の接続部に設けられた切り欠き部であるのが好ましい(第4の構成)。こうすることで、破断部でより確実に接続部を破断することができるため、破断した部分と第2の電極との間で短絡が発生するのをより確実に防止できる。 In the first configuration, the fracture portion is preferably a notch provided in a connection portion of the first electrode (fourth configuration). By carrying out like this, since a connection part can be more reliably fractured | ruptured by a fracture | rupture part, it can prevent more reliably that a short circuit generate | occur | produces between the fracture | ruptured part and a 2nd electrode.
前記第1から第4の構成のうちいずれか一つの構成において、前記第2の電極の本体部は、その外形が平面視で前記第1の電極の本体部の外形よりも大きくてもよい(第5の構成)。このような構成の場合にも、第1の電極の接続部における破断部を、平面視で第2の電極の本体部の外方に位置付けることにより、第1の電極の破断部分が第2の電極に接触するのを防止できる。すなわち、上述のように、第1の電極の接続部が破断した場合に破断部分が第2の電極と接触して短絡を生じやすいような構成においても、上述の第1から第4の構成を適用することにより、電極同士の間で短絡が発生するのを防止できる。 In any one of the first to fourth configurations, the main body portion of the second electrode may have an outer shape larger than the outer shape of the main body portion of the first electrode in plan view ( Fifth configuration). Even in such a configuration, the fracture portion of the connection portion of the first electrode is positioned outside the main body portion of the second electrode in plan view, so that the fracture portion of the first electrode is the second portion. Contact with the electrode can be prevented. That is, as described above, even in a configuration in which when the connection portion of the first electrode is broken, the broken portion is likely to come into contact with the second electrode to cause a short circuit, the above-described first to fourth configurations are used. By applying, it is possible to prevent a short circuit from occurring between the electrodes.
前記第1から第5の構成のうちいずれか一つの構成において、前記第1及び第2の電極を積層してなる積層体を収納するためのケース部材を備え、前記固定部材は、前記ケース部材であるのが好ましい(第6の構成)。また、前記第1から第5の構成のうちいずれか一つの構成において、前記第1及び第2の電極を積層してなる積層体を覆うためのシート部材を備え、前記第1及び第2の電極の接続部のうち少なくとも一方は、外部端子を介して前記固定部材に固定されているのが好ましい(第7の構成)。 In any one of the first to fifth configurations, the case member includes a case member for housing a laminate formed by laminating the first and second electrodes, and the fixing member is the case member. Is preferable (sixth configuration). Further, in any one of the first to fifth configurations, a sheet member for covering a stacked body formed by stacking the first and second electrodes is provided, and the first and second It is preferable that at least one of the electrode connecting portions is fixed to the fixing member via an external terminal (seventh configuration).
前記第1から第7の構成のうちいずれか一つの構成において、前記第1の電極は、リチウムイオンを吸蔵及び放出可能な正極材を有し、前記第2の電極は、リチウムイオンを吸蔵及び放出可能な負極材を有するのが好ましい(第8の構成)。 In any one of the first to seventh configurations, the first electrode includes a positive electrode material capable of inserting and extracting lithium ions, and the second electrode stores and absorbs lithium ions. It is preferable to have a releasable negative electrode material (eighth configuration).
このようなリチウムを用いた電池では、リチウムが析出しないように、通常、正極側の電極の外形よりも負極側の電極の外形を大きく形成する。このような場合に、平面視で、正極側の電極の接続部における破断部分が負極側の電極の本体部の内方に位置していると、該正極側の電極の破断部分と負極側の電極との間で短絡が発生する。これに対し、上述の第1から第7の構成を適用することで、正極板の接続部が破断しれた場合でも、電池内での短絡発生を防止できる。 In such a battery using lithium, the outer shape of the negative electrode is generally larger than the outer shape of the positive electrode so that lithium does not precipitate. In such a case, in a plan view, when the fractured portion in the connection portion of the positive electrode is located inside the main body of the negative electrode, the fracture portion of the positive electrode and the negative electrode A short circuit occurs between the electrodes. On the other hand, by applying the first to seventh configurations described above, it is possible to prevent occurrence of a short circuit in the battery even when the connecting portion of the positive electrode plate is broken.
本発明の一実施形態にかかる積層型電池によれば、第1の電極の接続部に、平面視で第2の電極の外方に位置するように、破断部を設けた。これにより、積層型電池に衝撃が加わって第1の電極の接続部が破断部で破断した場合でも、該破断部と第2の電極との間で短絡が発生するのを防止できる。 According to the stacked battery of one embodiment of the present invention, the fracture portion is provided in the connection portion of the first electrode so as to be located outside the second electrode in plan view. Thereby, even when an impact is applied to the laminated battery and the connecting portion of the first electrode is broken at the broken portion, it is possible to prevent a short circuit from occurring between the broken portion and the second electrode.
また、前記破断部を、前記第1の電極板の接続部における本体部との接続部分で最も幅の狭い部分にしたり、該接続部に設けた切り欠き部によって構成したりすることで、該破断部でより確実に破断させることができる。これにより、電池内部での短絡発生をより確実に防止できる。 In addition, by making the fracture portion the narrowest portion of the connection portion of the connection portion of the first electrode plate with the main body portion, or by forming a notch portion provided in the connection portion, It can be more reliably broken at the broken portion. Thereby, the occurrence of a short circuit inside the battery can be more reliably prevented.
以下、図面を参照し、本発明の実施の形態を詳しく説明する。図中の同一または相当部分については同一の符号を付してその説明は繰り返さない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The same or corresponding parts in the drawings are denoted by the same reference numerals and description thereof will not be repeated.
[実施形態1]
(全体構成)
図1は、本発明の実施形態1にかかる積層型電池としての扁平形電池1の概略構成を示す断面図である。この扁平形電池1は、有底円筒状の外装缶としての負極缶10と、該負極缶10の開口を覆う封口缶としての正極缶20と、負極缶10の外周側と正極缶20の外周側との間に配置されるガスケット30と、負極缶10及び正極缶20の間に形成される空間内に収納される電極体40(積層体)とを備えている。したがって、扁平形電池1は、負極缶10と正極缶20とを合わせることによって、全体が扁平なコイン状となる。扁平形電池1の負極缶10及び正極缶20の間に形成される空間内には、電極体40以外に、非水電解液(図示省略)も封入されている。
[Embodiment 1]
(overall structure)
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a
負極缶10は、ステンレスなどの金属材料からなり、プレス成形によって有底円筒状に形成されている。負極缶10は、円形状の底部11と、その外周に該底部11と連続して形成される円筒状の周壁部12とを備えている。この周壁部12は、縦断面視(図1に図示した状態)で、底部11の外周端からほぼ垂直に延びるように設けられている。負極缶10は、正極缶20との間にガスケット30を挟んだ状態で、周壁部12の開口端側が内側に折り曲げられて、該正極缶20に対してかしめられている。なお、負極缶10には、プレス成形によって折り曲げられた部分(例えば、底部11と周壁部12との間の部分など)に、それぞれ、曲面を有するR部分が形成されている。
The negative electrode can 10 is made of a metal material such as stainless steel and is formed into a bottomed cylindrical shape by press molding. The negative electrode can 10 includes a
正極缶20も、負極缶10と同様、ステンレスなどの金属材料からなり、プレス成形によって有底円筒状に形成されている。正極缶20は、負極缶10の周壁部12よりも外形が小さい円筒状の周壁部22と、その一方の開口を塞ぐ円形状の平面部21と、を有している。この周壁部22も、負極缶10と同様、縦断面視で、平面部21に対してほぼ垂直に延びるように設けられている。周壁部22には、平面部21側の基端部22aに比べて径が段状に大きくなる拡径部22bが形成されている。すなわち、周壁部22には、基端部22aと拡径部22bとの間に段部22cが形成されている。図1に示すように、この段部22cに対して、負極缶10の周壁部12の開口端側が折り曲げられてかしめられている。すなわち、負極缶10は、その周壁部12の開口端側が正極缶20の段部22aに嵌合されている。なお、この正極缶20も、プレス成形によって折り曲げられている部分(例えば、平面部21と周壁部22との間の部分や、段部22cなど)には、それぞれ、曲面を有するR部分が形成されている。
Similarly to the negative electrode can 10, the positive electrode can 20 is also made of a metal material such as stainless steel, and is formed into a bottomed cylindrical shape by press molding. The positive electrode can 20 has a cylindrical
ガスケット30は、ポリプロピレン(PP)からなる。ガスケット30は、負極缶10の周壁部12と正極缶20の周壁部22との間に挟みこまれるように、該正極缶20の周壁部22にモールド成形されている。なお、ガスケット30の材料としては、PPに限らず、ポリフェニレンサルファイド(PPS)にオレフィン系エラストマーを含有した樹脂組成物や、ポリテトラフルオロエチレン(PFA)、ポリアミド系樹脂などを用いてもよい。
The
電極体40は、図2にも示すように、袋状のセパレータ44(図2のみに図示)内に収容された概略円板状の正極41(第1の電極)と、概略円板状の負極46(第2の電極)と、を厚み方向に交互に複数、積層してなる。これにより、電極体40は、全体として概略円柱状の形状を有している。また、電極体40は、両端面が負極になるように、複数の正極41及び負極46が積層されている。なお、図1では、電極体40を断面図ではなく、側面図として示している。
As shown in FIG. 2, the
正極41は、正極活物質を含有する正極活物質層42(正極材)を、アルミニウム等の金属箔製の正極集電体43の両面にそれぞれ設けたものである。詳しくは、正極41は、リチウムイオンを吸蔵・放出可能なリチウム含有酸化物である正極活物質、導電助剤及びバインダなどを含む正極合剤を、アルミニウム箔などからなる正極集電体43上に塗布して乾燥させることによって形成される。正極活物質であるリチウム含有酸化物としては、例えば、LiCoO2などのリチウムコバルト酸化物やLiMn2O4などのリチウムマンガン酸化物、LiNiO2などのリチウムニッケル酸化物等のリチウム複合酸化物を用いるのが好ましい。なお、正極活物質として、1種類の物質のみを用いてもよいし、2種類以上の物質を用いてもよい。また、正極活物質は、上述の物質のものに限られない。
The
負極46は、負極活物質を含有する負極活物質層47(負極材)を、銅等の金属箔製の負極集電体48の両面にそれぞれ設けたものである。詳しくは、負極46は、リチウムイオンを吸蔵・放出可能な負極活物質、導電助剤及びバインダなどを含む負極合剤を、銅箔などからなる負極集電体48上に塗布して乾燥させることによって形成される。負極活物質としては、例えば、リチウムイオンを吸蔵・放出可能な炭素材料(黒鉛類、熱分解炭素類、コークス類、ガラス状炭素類など)を用いるのが好ましい。負極活物質は、上述の物質のものに限られない。
The
なお、略円柱状の電極体40の軸方向両端に位置する負極は、それぞれ、負極集電体48,48が電極体40の軸方向端部に位置するように、負極集電体48の一面側のみに負極活物質層47を有している。すなわち、略円柱状の電極体40は、その両端に負極集電体48,48が露出している。この電極体40の一方の負極集電体48は、該電極体40が負極缶10と正極缶20との間に配置された状態で、該負極缶10の底部11に当接する。電極体40の他方の負極集電体48は、絶縁シート49を介して正極缶20の平面部21上に位置づけられる。
Note that the negative electrodes positioned at both ends in the axial direction of the substantially
セパレータ44は、平面視で円形状に形成された袋状の部材であり、略円板状の正極41を収納可能な大きさに形成されている。セパレータ44は、絶縁性に優れたポリエチレン製の微多孔性薄膜によって構成されている。このように、セパレータ44を微多孔性薄膜によって構成することで、リチウムイオンが該セパレータ44を透過することができる。なお、セパレータ44は、一枚の長方形状の微多孔性薄膜のシート材によって正極41を包み込んで、該シート材の重なっている部分を熱溶着等によって接着することにより形成される。
The
正極41の正極集電体43には、平面視で該正極集電体43の外方に向かって延びる導電性の正極リード51が一体形成されている。この正極リード51の正極集電体43側も、セパレータ44によって覆われている。
The positive electrode
負極46の負極集電体48には、平面視で該負極集電体48の外方に向かって延びる導電性の負極リード52が一体形成されている。
The negative electrode
図1に示すように、正極41及び負極46は、各正極41の正極リード51が一側に位置し、且つ、各負極46の負極リード52が該正極リード51とは反対側に位置するように、積層される。これらの正極41及び負極46の各構成等について、詳しくは後述する。
As shown in FIG. 1, the
上述のように複数の正極41及び負極46を厚み方向に積層した状態で、複数の正極リード51は、先端側を厚み方向に重ね合わされて、超音波溶接等によって正極缶20(固定部材、ケース部材)の平面部21に接続される。これにより、複数の正極リード51を介して複数の正極41と正極缶20の平面部21とが電気的に接続される。一方、複数の負極リード52も、先端側を厚み方向に重ね合わされて超音波溶接等によって互いに接続される。これにより、複数の負極リード52を介して複数の負極46が互いに電気的に接続される。
In the state where the plurality of
上述のような構成の電極体40では、正極41と負極缶10との接触、または、負極46と正極缶20との接触が生じる可能性がある。これに対し、本実施形態では、負極缶10の周壁部12よりも内方に位置付けられる正極缶20の周壁部22の内面に上述のガスケット30が設けられている。このガスケット30によって、電極体40と負極缶10との短絡の発生、及び、電極体40と正極缶20との短絡の発生がそれぞれ防止される。
In the
(正極及び負極の構成)
図3から図6に正極41及び負極46の構成を示す。図3は、電極体40において、負極46上にセパレータ44で覆われた正極41を重ね合わせた状態の上面図である。図4は、セパレータ44によって覆われた正極41の平面図であり、図5は負極46の平面図である。また、図6は、負極46と正極51との配置関係を示す図である。
(Configuration of positive electrode and negative electrode)
FIGS. 3 to 6 show the configurations of the
図4に示すように、正極41は、円盤の一部を切り欠いた形状の正極本体部45(本体部)と、該正極本体部45から外方に向かって延びる正極リード51(接続部)とを備えている。すなわち、正極本体部45は、正極集電体43上に正極活物質層42が設けられたものである。この正極集電体43に正極リード51が一体形成されている。さらに、正極本体部45及び正極リード51の一部は、既述のとおり、セパレータ44によって覆われている。
As shown in FIG. 4, the
正極リード51の正極本体部45との接続部分には、R部43aが形成されている。このR部43aを設けることによって、正極リード51の正極本体部45との接続部分における応力集中を緩和することができる。さらに、詳しくは後述するが、図6に示すように、正極41のR部43aは、正極41と負極46とを重ね合わせた状態で、R部43aの正極リード51側の端が平面視で負極46の外方に位置するように、設けられている。
An
図5に示すように、負極46は、上述の正極41と同様、円盤の一部を切り欠いた形状の負極本体部50(本体部)と、該負極本体部50から外方に向かって延びる負極リード52(接続部)とを備えている。この負極本体部50も、上述の正極本体部45と同様、負極集電体48上に負極活物質層47が設けられたものである。そして、負極リード52も、負極集電体48に一体形成されている。
As shown in FIG. 5, the
負極本体部50は、上述のようにセパレータ44によって覆われた状態の正極本体部45とほぼ同じ大きさになるように形成されている。すなわち、負極本体部50は、正極本体部45よりも大きい外形を有している。なお、図5及び図6において、負極本体部50と負極リード52との間に記載されているラインは、負極集電体48上に形成された負極活物質層47の外周の一部を示している。同様に、図6において、正極本体部45と正極リード51との間に記載されているラインは、正極集電体43上に形成された正極活物質層42の外周の一部を示している。
The negative electrode
図3に示すように、正極41及び負極46は、正極リード51と負極リード52とが逆方向に延びるように正極本体部45と負極本体部50とが重ねられることにより、厚み方向に積層されている。これにより、概略円柱状の電極体40と、該電極体40からそれぞれ逆方向に延びるリード群61,62とが形成される(図1〜図3参照)。リード群61,62のうち、正極リード51からなるリード群61は、超音波溶接等によって、互いに接続されるとともに正極缶20に接続される。一方、負極リード52からなるリード群62は、超音波溶接等によって互いに接続される。これにより、電極体40は、負極46同士が電気的に接続されるとともに、正極41も正極リード51を介して正極缶20に電気的に接続される。
As shown in FIG. 3, the
上述の構成により、扁平形電池1内での正極41と負極46との間のリチウムイオンの移動によって、該扁平形電池1内で充放電を行うことができる。しかも、上述のように、平面視で、負極本体部50の外形を正極本体部45の外形よりも大きくすることで、負極46にリチウムイオンを吸収しやすくすることができる。これにより、負極46上にリチウムが析出するのを防止することができ、リチウムの析出による正極41と負極46との短絡発生を防止できる。
With the above configuration, charging and discharging can be performed in the
ところで、本実施形態のように正極41の正極リード51が正極缶20に接続された構成において、落下等によって扁平形電池1全体に大きな衝撃が加わると、正極リード51が大きな力を受けて破断する場合がある。このとき、上述のとおり、正極リード51の正極本体部45との接続部分にはR部分が設けられているため、該接続部分で最も応力が大きくなる部分は、幅が最も狭くなるR部分の正極リード51側の端になる。
By the way, in the configuration in which the
ここで、上述のように、平面視で負極本体部50の外形が正極本体部45の外形よりも大きいと、正極リード51が負極本体部50の内方から外方に向かって突出する。この構成において、前記接続部分で最も応力が大きい部分(R部分の正極リード51側の端)が平面視で負極本体部50の内方に位置している場合、上述のような正極リード51の破断が生じると、破断部分が負極46に接触する可能性がある。すなわち、上述のとおり、正極41はセパレータ44によって覆われているものの、正極リード51の破断した部分がセパレータ44を突き抜けて負極46に接触し、該負極46との間で短絡を生じる可能性がある。
Here, as described above, when the outer shape of the negative electrode
これに対し、本実施形態では、図6に示すように、正極41と負極46とを重ね合わせた状態で、正極リード51の破断箇所X(破断部、正極リード51の正極本体部45との接続部分において幅が最も狭くなる部分)が平面視で負極本体部50の外方に位置するように、正極41のR部43aを形成する。なお、本実施形態の場合、破断箇所Xは、R部43aにおいて最も応力が大きくなる正極リード51側の端、すなわち、R部43aの曲線から直線に変わる部分である。
On the other hand, in the present embodiment, as shown in FIG. 6, in the state where the
上述のように、正極リード51の破断箇所Xを負極本体部50の外方に位置付けることにより、該正極リード51が破断箇所Xで破断した場合でも、その破断部分が負極46に接触するのを防止できる。これにより、正極リード51の破断によって、扁平形電池1の内部で短絡が生じるのを防止できる。
As described above, by positioning the broken portion X of the
(検証試験)
上述のような構成を有する扁平形電池において、衝撃を加えた場合でも正極及び負極の間で短絡が発生しないことを検証試験によって確認した。以下でその検証試験の概要及び試験結果について説明する。
(Verification test)
In the flat battery having the above-described configuration, it was confirmed by a verification test that no short circuit occurred between the positive electrode and the negative electrode even when an impact was applied. The outline of the verification test and the test results will be described below.
検証試験では、上述のような構成を有する扁平形電池を、1.9mの高さから10回、落下させた後、扁平形電池に発熱が生じたかどうかを確認した。この検証試験で用いる扁平形電池は、総重量が約3gで、正極集電体の直径が約15mmの電池である。また、扁平形電池の正極リードと正極本体部との間に形成されるR部の曲率半径は、R=1.5mmである。この曲率半径は、本検証試験で用いた扁平形電池において、構造上、最大限確保できる曲率半径で且つ正極リードをリード群として正極缶に溶接する際に容易に該正極リードを加工できる曲率半径である。 In the verification test, the flat battery having the above-described configuration was dropped 10 times from a height of 1.9 m, and then it was confirmed whether or not heat was generated in the flat battery. The flat battery used in this verification test is a battery having a total weight of about 3 g and a positive electrode current collector having a diameter of about 15 mm. Further, the radius of curvature of the R portion formed between the positive electrode lead and the positive electrode main body portion of the flat battery is R = 1.5 mm. This radius of curvature is the radius of curvature that can be secured to the maximum extent in the structure of the flat battery used in this verification test, and the radius of curvature that can easily process the positive electrode lead when welding the positive electrode lead as a lead group to the positive electrode can. It is.
なお、この検証試験では、扁平形電池1をプラスチックタイル上に落下させる。このとき、扁平形電池1が受ける衝撃荷重は、約17Nである。
In this verification test, the
100個以上の扁平形電池を用いて上述の検証試験を行ったが、いずれの扁平形電池でも温度が40度以上になるような発熱はなかった。これらの扁平形電池を分解してみると、いずれも正極リードが破断していた。これらのことから、上述の構成の扁平形電池に衝撃を加えて正極リードが破断した場合でも、正極と負極との間で短絡が発生していないことが分かる。 The above-described verification test was performed using 100 or more flat batteries, but none of the flat batteries generated heat at a temperature of 40 degrees or more. When these flat batteries were disassembled, the positive electrode lead was broken in all cases. From these facts, it is understood that no short circuit occurs between the positive electrode and the negative electrode even when an impact is applied to the flat battery having the above-described configuration and the positive electrode lead is broken.
なお、比較のために、正極リードの破断箇所が平面視で負極本体部の内方に位置している構成においても、上述の検証試験と同様の試験を行った。このような構成の扁平形電池では、衝撃を加えた後に温度が40度以上になる発熱が生じた。これにより、正極リードの破断箇所が平面視で負極本体部の内方に位置している構成では、電池内部で短絡が生じていることが分かる。この比較例において、正極リードと正極本体部との間に形成されるR部の曲率半径は、R=0.5mmである。なお、本検証試験で用いた扁平形電池の場合、正極リードの破断箇所が平面視で負極の外方に位置するようなR部の曲率半径は、R=0.7mm以上である。 For comparison, a test similar to the above-described verification test was performed even in a configuration in which the fractured portion of the positive electrode lead was positioned inward of the negative electrode main body in a plan view. In the flat battery having such a configuration, heat was generated at a temperature of 40 ° C. or higher after an impact was applied. Thus, it can be seen that a short circuit occurs in the battery in the configuration in which the broken portion of the positive electrode lead is located inward of the negative electrode main body in a plan view. In this comparative example, the radius of curvature of the R portion formed between the positive electrode lead and the positive electrode main body is R = 0.5 mm. In the case of the flat battery used in this verification test, the radius of curvature of the R portion where the broken portion of the positive electrode lead is located outside the negative electrode in plan view is R = 0.7 mm or more.
(実施形態1の効果)
以上より、この実施形態では、正極41と負極46とを交互に重ね合わせる構成において、該正極41の正極リード51の切断箇所Xが平面視で負極41の負極本体部50の外方に位置するように、正極リード51の正極本体部45との接続部分にR部43aを形成した。これにより、扁平形電池1に衝撃が加わって正極リード51が破断箇所Xで破断した場合でも、その破断部分が負極46に接触しないため、正極41と負極46との間で短絡が発生するのを防止できる。
(Effect of Embodiment 1)
As described above, in this embodiment, in the configuration in which the
[実施形態2]
図7に、実施形態2にかかる積層型電池としてのラミネート外装型電池100の概略構成を示す。図8は、ラミネート外装型電池100の概略構成を示す断面図である。このラミネート外装型電池100は、発電体として機能する平板状の積層体110がラミネートフィルム外装体120(シート部材)によって覆われた略平板状の二次電池である。なお、本実施形態にかかるラミネート外装型電池100は、例えば、厚み方向に複数、並べられて互いに電気的に接続されることにより、図示しない電池モジュールを構成する。
[Embodiment 2]
FIG. 7 shows a schematic configuration of a
図7及び図8に示すように、ラミネート外装型電池100は、シート状の正極111(第1の電極)及び負極112(第2の電極)がセパレータ113を間に挟んで交互に積層された積層体110と、該積層体110を覆うラミネートフィルム外装体120と、積層体110の正極111及び負極112にそれぞれ接続される正極外部端子131及び負極外部端子132(外部端子)と、を備えている。なお、ラミネート外装型電池100の内部には、非水電解質も封入されている。
As shown in FIGS. 7 and 8, the laminate-
正極111は、リチウムイオンを吸蔵・放出可能なリチウム含有酸化物である正極活物質、導電助剤及びバインダなどを含む正極合剤(正極材)を、アルミニウム箔などからなる正極集電体上に塗布して乾燥させることによって形成される。正極活物質であるリチウム含有酸化物としては、例えば、LiCoO2などのリチウムコバルト酸化物やLiMn2O4などのリチウムマンガン酸化物、LiNiO2などのリチウムニッケル酸化物等のリチウム複合酸化物を用いるのが好ましい。なお、正極活物質として、1種類の物質のみを用いてもよいし、2種類以上の物質を用いてもよい。また、正極活物質は、上述の物質のものに限られない。
The
正極111は、正極本体部115(本体部)と、該正極本体部115を外部端子131に接続するための正極リード133(接続部)とを備えている。
The
負極112は、リチウムイオンを吸蔵・放出可能な負極活物質、導電助剤及びバインダなどを含む負極合剤(負極材)を、銅箔などからなる負極集電体上に塗布して乾燥させることによって形成される。負極活物質としては、例えば、リチウムイオンを吸蔵・放出可能な炭素材料(黒鉛類、熱分解炭素類、コークス類、ガラス状炭素類など)を用いるのが好ましい。なお、負極活物質は、上述の物質のものに限られない。
The
負極112は、負極本体部116(本体部)と、該負極本体部116を負極外部端子132に接続するための負極リード134とを備えている。
The
正極外部端子131及び負極外部端子132は、その一端側が、ラミネートフィルム外装体120によって挟み込まれて該ラミネートフィルム外装体120と一体化される一方、他端側がラミネートフィルム外装体120の外方に向かって突出している。すなわち、図7に示すように、これらの正極外部端子131及び負極外部端子132は、互いに離間した位置で、ラミネートフィルム外装体120の外方へ同じ方向に向かって突出している。特に図示しないが、例えば、正極外部端子131及び負極外部端子132は、それぞれ、外部の接続端子(固定部材)に接続固定されている。
One end of each of the positive electrode
セパレータ113は、例えば、ポリエチレンやポリプロピレン、ポリエチレンとポリプロピレンとの融合体、ポリエチレンテレフタレートやポリブチレンテレフタレートなどによって構成された多孔質フィルム、または、セルロースなどからなる不織布によって形成される。このセパレータ113は、正極111の両面を挟み込んだ状態で、外周側が溶着されたものである。すなわち、セパレータ113は、正極111を包み込むように形成されている。
The
ラミネートフィルム外装体120は、アルミニウム製の金属箔の一面側がナイロンで覆われ、且つ、他面側がポリプロピレンで覆われた材料からなる。すなわち、ラミネートフィルム外装体120は、アルミニウムをナイロン及びポリプロピレンでラミネートした材料からなる。これにより、ラミネートフィルム外装体120は、ラミネートフィルム外装体120同士を重ね合わせた状態で加熱しながら圧力を加えることによって、互いに接着される。
The laminate film
本実施形態のラミネートフィルム外装体120は、略長方形状に形成されている。このラミネートフィルム外装体120によって積層体110を包み込んだ状態で、該ラミネートフィルム外装体120の外周側同士を接着することにより、膨出部100a及びシール部100bが形成される。すなわち、ラミネートフィルム外装体120が積層体110を覆うことにより膨出部100aが形成され、該膨出部100aの三方でラミネートフィルム外装体120同士を接着することにより該膨出部100aを囲むようにシール部100bが形成される。
The laminate film
ここで、ラミネートフィルム外装体120と、その外方に一部が突出する正極外部端子131及び負極外部端子132との間には、それぞれ、接着層131a,132aが設けられている。これらの接着層131a,132aを設けることにより、ラミネートフィルム外装体120と正極外部端子131及び負極外部端子132とをそれぞれ強固に接着することができる。
Here,
(リードの接続構造)
図9に、正極111と負極112との配置関係を示す。この図9において、一点鎖線は、ラミネートフィルム外装体120の外形を示していて、破線は、正極111の正極本体部115の外形を示している。
(Lead connection structure)
FIG. 9 shows an arrangement relationship between the
セパレータ113によって覆われた正極111の正極本体部115と、負極本体部116とは平面視で略同一の大きさに形成されている。すなわち、図9において、セパレータ113の外形と負極本体部116の外形とはほぼ同じ大きさである。したがって、平面視で、正極本体部115の外形は、負極本体部116の外形よりも小さい。これにより、実施形態1の構成と同様、負極112側でリチウムが析出するのを防止することができ、該負極112と正極111との間で短絡が発生するのを防止できる。
The positive electrode
正極リード133は、既述のように正極外部端子131が外部の接続部材に接続されるため、該正極外部端子131に接続される一端側で固定された状態になる。
As described above, since the positive electrode
この実施形態2においても、上述の実施形態1と同様、正極リード133の正極本体部115との接続部分に、応力集中を緩和するためのR部111aが設けられている。なお、このR部111aは、ラミネート外装型電池100に衝撃が加わった際の正極リード133の破断箇所X(破断部)が、平面視で負極本体部116の外方に位置するように形成されている。この破断箇所Xは、実施形態1と同様、R部111aの正極リード133側の端、すなわち、正極リード133の正極本体部115との接続部分で最も幅が狭くなる部分(R部111aの曲線から直線になる部分)である。また、この破断箇所Xが、ラミネート外装型電池100に衝撃が加わった場合に、正極リード133で最も応力が大きくなる部分である。
Also in the second embodiment, as in the first embodiment described above, the
これにより、実施形態1と同様、正極リード133が破断箇所Xで破断した場合に、その破断部分が負極112に接触して短絡を生じるのを防止できる。
Thereby, similarly to
なお、負極リード134の負極本体部116との接続部分にも、応力集中を緩和するためのR部112aが設けられている。
Note that an
(実施形態2の効果)
以上より、この実施形態によれば、ラミネート外装型電池100において、正極リード133の正極本体部115との接続部分に、該正極リード133の破断箇所Xが平面視で負極112の外方に位置するようにR部111aを設けた。これにより、ラミネート外装型電池100に衝撃が加わって正極リード133が破断箇所Xで破断した場合でも、その破断部分が負極112に接触するのを防止することができる。これにより、正極リード133の破断によって正極111と負極112との間で短絡が発生するのを防止できる。
(Effect of Embodiment 2)
As described above, according to this embodiment, in the laminate-
(その他の実施形態)
以上、本発明の実施の形態を説明したが、上述した実施の形態は本発明を実施するための例示に過ぎない。よって、上述した実施の形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で上述した実施の形態を適宜変形して実施することが可能である。
(Other embodiments)
While the embodiments of the present invention have been described above, the above-described embodiments are merely examples for carrying out the present invention. Therefore, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and the above-described embodiment can be appropriately modified and implemented without departing from the spirit of the invention.
前記各実施形態では、正極リード51,133の破断箇所Xを、該正極リード51,133における正極41,111との接続部分で最も幅の狭い部分としている。しかしながら、正極リードの破断箇所に、例えば切り欠き部や空洞部を設けて、該破断箇所で破断しやすいようにしてもよい。切り欠き部を設ける場合には、例えば、正極リードの幅方向端部の一方または両方に切り欠き部を設ければよい。また、空洞部を設ける場合には、例えば、破断箇所の正極リード内方に空洞を設ければよい。
In each of the embodiments described above, the breakage point X of the positive electrode leads 51 and 133 is the narrowest part of the positive electrode leads 51 and 133 connected to the
前記各実施形態では、各電池をリチウムイオン電池として構成している。しかしながら、各電池は、リチウムイオン電池以外の電池であってもよい。この場合には、負極の外形を正極よりも大きくする必要がないため、負極と正極とを同じ大きさの外形にすればよい。また、このようにリチウムイオン電池以外の電池の場合には、負極リードを固定側として、該負極リードに前記各実施形態の構成を適用してもよい。 In the above embodiments, each battery is configured as a lithium ion battery. However, each battery may be a battery other than a lithium ion battery. In this case, since it is not necessary to make the outer shape of the negative electrode larger than that of the positive electrode, the negative electrode and the positive electrode may have the same size. Further, in the case of a battery other than the lithium ion battery as described above, the configuration of each of the above embodiments may be applied to the negative electrode lead with the negative electrode lead as the fixed side.
前記各実施形態では、正極リード51,133の正極本体部45,115との接続部分にR部43a,111aを設けている。しかしながら、接続部分の応力集中を緩和できるように、正極リード51,133側に向かって該接続部分の幅が徐々に狭くなるような形状であれば、他の形状であってもよい。
In each of the embodiments described above, the
前記各実施形態では、正極41,111の正極集電体の材質をアルミとし、負極46,112の正極集電体の材質を銅としている。しかしながら、正極集電体及び負極集電体を他の材料によって構成してもよい。
In each of the above embodiments, the material of the positive electrode current collector of the
前記各実施形態では、破断箇所Xを有する正極リード51,133を平面視で矩形状に形成している。しかしながら、正極リードが破断箇所Xで破断した場合に、その破断部分が負極と接触しないような形状であれば、正極リードの形状を他の形状にしてもよい。 In each of the above embodiments, the positive electrode leads 51 and 133 having the breakage point X are formed in a rectangular shape in plan view. However, when the positive electrode lead breaks at the breakage point X, the positive electrode lead may have another shape as long as the broken portion does not come into contact with the negative electrode.
前記実施形態1では、負極缶10を外装缶とし、正極缶20を封口缶としている。しかしながら、負極缶を封口缶とし、正極缶を外装缶としてもよい。 In the first embodiment, the negative electrode can 10 is an exterior can, and the positive electrode can 20 is a sealed can. However, the negative electrode can may be a sealed can and the positive electrode can may be an outer can.
前記実施形態1では、負極缶10及び正極缶20を、それぞれ有底円筒状に形成して、扁平形電池1をコイン状に形成したが、この限りではなく、扁平形電池を、多角柱状など、円柱状以外の形状に形成してもよい。また、前記実施形態2においても、ラミネート外装型電池100を平面視で矩形状に形成しているが、この限りではなく、他の形状であってもよい。
In the first embodiment, the negative electrode can 10 and the positive electrode can 20 are each formed in a bottomed cylindrical shape, and the
本発明による積層型電池は、衝撃が加わった際に正極リード及び負極リードの少なくとも一方が破断する積層型電池に利用可能である。 The multilayer battery according to the present invention can be used for a multilayer battery in which at least one of a positive electrode lead and a negative electrode lead is broken when an impact is applied.
1 扁平形電池(積層型電池)
10 負極缶
20 正極缶(固定部材、ケース部材)
30 ガスケット
40 電極体(積層体)
41 正極(第1の電極)
42 正極活物質層(正極材)
43 正極集電体
43a R部
44 セパレータ
45 正極本体部(本体部)
46 負極(第2の電極)
47 負極活物質層(負極材)
48 負極集電体
49 絶縁シート
50 負極本体部(本体部)
51 正極リード(接続部)
52 負極リード(接続部)
61、62 リード群
100 ラミネート外装型電池(積層型電池)
100a 膨出部
100b シール部
110 積層体
111 正極(第1の電極)
112 負極(第2の電極)
113 セパレータ
115 正極本体部(本体部)
116 負極本体部(本体部)
120 ラミネートフィルム外装体(シート部材)
131 正極外部端子(外部端子)
132 負極外部端子(外部端子)
133 正極リード(接続部)
134 負極リード(接続部)
X 破断箇所(破断部)
1 Flat battery (stacked battery)
10 Negative electrode can 20 Positive electrode can (fixing member, case member)
30
41 Positive electrode (first electrode)
42 Positive electrode active material layer (positive electrode material)
43 Positive electrode
46 Negative electrode (second electrode)
47 Negative electrode active material layer (negative electrode material)
48 Negative electrode
51 Positive electrode lead (connection part)
52 Negative electrode lead (connection part)
61, 62
100a bulging
112 Negative electrode (second electrode)
113
116 Negative electrode body (main body)
120 Laminate film exterior (sheet member)
131 Positive external terminal (external terminal)
132 Negative external terminal (external terminal)
133 Positive electrode lead (connection part)
134 Negative electrode lead (connection part)
X Breaking point (breaking part)
Claims (6)
前記第1の電極とは極性が異なる平板状の第2の電極とを備え、
前記第1及び第2の電極は、それぞれ、本体部と、平面視で該本体部から外方へ延びる接続部とを有し、該接続部が異なる方向に延びるように前記第1及び第2の電極の本体部同士が厚み方向に積層されていて、
前記第1の電極の接続部は、固定部材に固定されており、
前記第1の電極の接続部には、前記第1及び第2の電極を重ね合わせた状態で、平面視で該第2の電極の本体部外方の位置に、該第1及び第2の電極に衝撃が加わった際に破断する破断部が設けられ、
前記第2の電極の本体部は、その外形が平面視で前記第1の電極の本体部の外形よりも大きく、
前記固定部材は、前記第1及び第2の電極を積層してなる積層体を収納するためのケース部材である、積層型電池。 A flat first electrode;
A flat second electrode having a different polarity from the first electrode,
Each of the first and second electrodes has a main body portion and a connection portion extending outward from the main body portion in a plan view, and the first and second electrodes extend so that the connection portions extend in different directions. The electrode body parts are laminated in the thickness direction,
The connection portion of the first electrode is fixed to a fixing member,
Wherein the connecting portion of the first electrode, in the stacked state the first and second electrodes, the position of the body outer side of the second electrode in plan view, the first and second breaking portion is provided to break when impact is applied to the electrodes,
The main body portion of the second electrode has an outer shape larger than that of the main body portion of the first electrode in a plan view,
The stacked member is a stacked battery , wherein the fixing member is a case member for storing a stacked body formed by stacking the first and second electrodes .
前記第1の電極とは極性が異なる平板状の第2の電極と、
前記第1及び第2の電極を積層してなる積層体を覆うためのシート部材と、
前記シート部材の外方に一部が突出する外部端子とを備え、
前記第1及び第2の電極は、それぞれ、本体部と、平面視で該本体部から外方へ延びる接続部とを有し、前記第1及び第2の電極の本体部同士が厚み方向に積層されていて、
前記第1の電極の接続部には、前記第1及び第2の電極を重ね合わせた状態で、平面視で該第2の電極の本体部外方の位置に、該第1及び第2の電極に衝撃が加わった際に破断する破断部が設けられ、
前記第2の電極の本体部は、その外形が平面視で前記第1の電極の本体部の外形よりも大きく、
前記第1及び第2の電極の接続部のうち少なくとも一方は、前記外部端子に接続されている、積層型電池。 A flat first electrode;
A plate-like second electrode having a polarity different from that of the first electrode;
A sheet member for covering a laminate formed by laminating the first and second electrodes;
An external terminal partially protruding outward of the sheet member,
Each of the first and second electrodes has a main body portion and a connection portion extending outward from the main body portion in plan view, and the main body portions of the first and second electrodes are in the thickness direction. Are stacked,
In the state where the first and second electrodes are superposed on the connection portion of the first electrode, the first and second electrodes are disposed at positions outside the main body portion of the second electrode in plan view. A rupture part that breaks when an impact is applied to the electrode is provided,
The main body portion of the second electrode has an outer shape larger than that of the main body portion of the first electrode in a plan view ,
A stacked battery in which at least one of the connection portions of the first and second electrodes is connected to the external terminal.
前記破断部は、前記第1の電極の接続部において本体部寄りに設けられ、
前記破断部の幅は、前記第1の電極の接続部のうち当該破断部より本体部に近い部分の幅よりも小さく、且つ前記第1の電極の接続部のうち当該破断部より本体部から遠い部分の幅以下である、積層型電池。 The stacked battery according to claim 1 or 2 ,
The fracture portion is provided closer to the main body at the connection portion of the first electrode ,
The width of the rupture portion is smaller than the width of the connection portion of the first electrode closer to the main body portion than the rupture portion, and the connection portion of the first electrode from the main body portion to the rupture portion. A stacked battery that is less than or equal to the width of the far part .
前記第1の電極の接続部は、前記本体部から前記破断部に向かって徐々に幅が狭くなるようにR部が形成されている、積層型電池。 The stacked battery according to claim 3,
The connection part of the said 1st electrode is a laminated type battery by which R part is formed so that a width | variety may become narrow gradually toward the said fracture | rupture part from the said main-body part.
前記破断部は、前記第1の電極の接続部に設けられた切り欠き部である、積層型電池。 The stacked battery according to claim 1 or 2 ,
The rupture portion is a stacked battery, which is a notch provided in a connection portion of the first electrode.
前記第1の電極は、リチウムイオンを吸蔵及び放出可能な正極材を有し、
前記第2の電極は、リチウムイオンを吸蔵及び放出可能な負極材を有する、積層型電池。 The stacked battery according to any one of claims 1 to 5 ,
The first electrode has a positive electrode material capable of inserting and extracting lithium ions,
The second electrode has a negative electrode material capable of inserting and extracting lithium ions.
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